科研进展
Scientific Breakthroughs
Scientific Breakthroughs
发展验证唯象的两流体理论,提出新的重费米子物理图像

揭示稀土掺杂阳离子无序分布结构的晶体中普遍存在的结晶学位置对称性破缺现象

制备出热力学稳定的超临界二氧化碳/聚乙二醇分散体系

表面异相结促进光催化分解水制氢研究获进展

三价铑催化的C-H键活化领域获新进展
中科院大连化学物理所李兴伟研究组在三价铑催化的C-H键活化领域取得新进展,研究人员设计利用磺酰胺为定位基,在Rh(III)催化剂作用下,实现了在AgOAc氧化条件下烯丙胺
的末端烯烃的C-H键活化以及被炔烃官能化。利用对氧化剂和底物的共同控制实现了三种不同的选择性,实现了三类杂环或碳环的有效合成:(1)单取代的N-磺酰基烯丙胺在和芳基取代的内炔烃反应时,得到单次氧化产物1,2-二氢吡啶类杂环;(2)单取代的N-磺酰基烯丙胺在和烷基取代的内炔烃反应时,得到的是二次氧化同时伴随有磺酰基迁移的产物3-磺酰基吡啶(炔烃底物控制)。实验证实单次氧化产物1,2-二氢吡啶是生成3-磺酰基吡啶的中间体;(3)1,1-二取代的N-磺酰基烯丙胺和炔烃反应时,发生了二次氧化。但是得到的是水参与的反式环戊烯酮产物(碳环)。这一反应用叔戊酸银做氧化剂最佳,炔烃底物范围广。实验证实1,2-二氢吡啶不是生成最终产物的中间体,而该反应的选择性则是主要氧化剂的当量调控的。一类常见的底物却在类似的条件下实现了三种不同的选择性非常罕见,尤其是氧化剂当量对生成产物路径的调控具有重要的基础研究价值。相关研究结果发表在Angew. Chem.Int. Ed.上。

分子氧对黑碳的光化学老化研究取得进展
中科院生态中心贺泓等研究人员发现了太阳光能够激发空气中分子氧对黑碳的老化过程;确定了黑碳表面的有机碳是分子氧对黑碳光化学老化过程中的主要活性组分;有机碳由多环芳烃和脂肪烃组成,并在光化学老化过程中被转化成醌、酮、醛、内酯和酸酐等含氧物种;不同燃烧条件可以改变黑碳表面的有机碳含量及其氧化态,进而影响黑碳的光化学氧化活性;在光照强度25 mW cm-2条件下,黑碳表面有机碳物种在20%氧气气氛下的反应速率是100ppb臭氧气氛下的反应速率的1.5—3.5倍,凸显了黑碳光化学氧化的重要性。另外,光化学氧化将显著影响黑碳的环境效应。相关研究成果发表在PNAS上。
揭示GRACE联合GPS观测网络分离现今物质平衡信号的有效途径
中科院测量与地球物理所汪汉胜等研究人员与合作者,对冰川均衡调整理论进行深入研究,首次提出了GRACE联合GPS观测网络分离现今物质平衡信号的有效途径,在北美中部的加拿大大草原(艾伯塔、萨斯喀彻温和马尼托巴省)、五大湖地区,发现过去10年陆地水量剧增,每年增加(43.0±5.0)×109吨,在北欧斯堪的纳维亚半岛南部也发现陆地水量增加,每年增加(2.3±0.8)x109吨。最大的水量增加出现在萨斯喀彻温省,每年达20mm,揭示了加拿大草原1999—2005年发生极端干旱后的水量恢复过程。该研究所提出的途径能够从GRACE卫星重力信号中排除冰川均衡调整的巨大干扰,从而有效分离出相关研究地区水储量变化及其趋势,所给出的结果有利于了解北美北欧当前知之甚少的区域水储量变化趋势,进一步显示了卫星重力探测地球系统质量变化与迁移的巨大能力。该研究对了解地球系统质量变化和迁移,特别是对于全球水循环及其与大气圈、水圈和海洋的交换过程,具有重要创新性贡献,也对水资源利用和海平面上升等研究具有重要意义。该研究成果发表在Nature Geoscience上,被选为Research highlight(研究亮点),同时入选与该期刊同期的Nature Climate Change共同网络焦点(水资源利用)。
重建东准噶尔岩浆弧构造属性与演化过程

发现埃迪卡拉纪后生动物已经具有了较为复杂的行为方式
中科院南京地质古生物所陈哲博士等人通过对三峡地区灯影组石板滩段灰岩的遗迹化石的深入研究,发现埃迪卡拉纪后生动物已经具有了较为复杂的行为方式。研究发现,同一种两侧对称的后生动物形成了三种形态的遗迹:藻席层下的水平潜穴、沉积物表面的爬迹和垂直于岩层的潜穴,分别反映了不同的行为方式:藻席层之下觅食、沉积物表面爬行以及暂时停息。在埃迪卡拉纪氧含量较低的环境中,藻席层不仅为生物提供了食物,也为生物生存提供
了必需的氧供应。研究同时表明了埃迪卡拉纪晚期后生动物已开始了新的生态系统的开拓。该成果发表在Precambrian Research上。

利用尿液细胞获得神经干细胞
中科院广州生物医药与健康院裴端卿、潘光锦等人研究通过特殊手段将一些干细胞因子导入从病人尿液中分离而来的细胞中并通过特殊的诱导培养基培养,成功地将病人的尿液细胞诱导转变为具有功能的神经干细胞。这些由尿液细胞转变而来的神经干细胞能够在体外扩增并在适当的条件下分化成熟为人体中各种存在的神经元和角质细胞。在动物模型的移植实验中,能够很好地在体内存活和融入宿主的脑环境中。通过获得并移植病人特异性的神经细胞可以替代病人本已损伤丧失功能的神经细胞从而达到治愈这类神经系统疾病的目的。然而通常情况下,体外很难获得并扩增病人本身的神经细胞用于临床治疗。这一研究成果有效地解决了这一难题,为获得病人特异性的神经干细胞用于移植治疗提供了具有极强实用性的技术手段和途径,有望在将来的临床应用发挥重要作用。该研究发表在Nature Methods上。
发现阻碍诱导多功能干细胞形成的“路障”

三维培养干细胞调控机制研究的新发现
中科院遗传与发育生物学所戴建武等研究人员发现,在三维胶原支架上培养的神经干细胞,其向神经元的分化明显低于二维培养的神经干细胞,同时维持神经干细胞自我更新的bHLH转录因子Hes和Id的表达水平有明显的上调,说明三维胶原支架能够更好地维持神经干细胞的自我更新,他们还发现mTOR信号的活性降低起到了重要作用。这种mTOR的失活并不能通过用胰岛素这种mTOR的常用激活剂而解除。而mTOR抑制分子REDD1在三维培养的神经干细胞中高表达,REDD1的高表达对mTOR的失活起到了重要作用。敲降REDD1可以有效激活mTOR,同时提高三维培养神经干细胞的分化水平。三维培养体系有利于神经干细胞自我更新能力维持的机制通过REDD1抑制mTOR活性来实现。相关研究结果发表在Biomaterials上。
使用新技术解析山羊基因组
中科院昆明动物所遗传资源与进化国家重点实验室马普进化基因组青年科学家与合作者,解析了山羊的基因组。该项目整合使用了新一代测序(NGS)技术和最新的DNA单分子光学作图(Whole Genome Mapping)技术,克服了NGS短读支架(short read scaffold)的局限,生成超长大片段支架,完成装配达到近染色体水平,成为首个不依赖于遗传图谱而组装到染色体水平的大型基因组。此外,通过微量RNA转录组技术,该研究首次全面揭示了山羊绒囊、毛囊的在转录层面的差异,鉴定了50多个与山羊绒形成密切相关的基因,为提高绒品质和我国特有资源绒山羊的选育提供了参考基因资源。研究组还搭建了山羊基因组数据库。该研究成果发表在Nature Biotechnology上。
揭示人体免疫系统工作新机制

发现促进端粒延伸的新蛋白
中科院动物所谭铮领导的端粒与衰老研究组发现了一种hnRNP A2*蛋白,它可以与端粒DNA和端粒酶发生作用,主动打开端粒G-四链体结构,将端粒3’端的5个碱基暴露出来,促进它和端粒酶的RNA模板配对,从而增强端粒酶的催化活性和进行性。在器官组织中,hnRNP A2*的表达水平与端粒酶活性呈正相关。在细胞内hnRNP A2*蛋白伴随着端粒酶共定位于卡佳尔体和端粒。在细胞中认为表达hnRNP A2*可以使端粒延长,降低表达则使端粒缩短。这些特征说明hnRNP A2*决定了端粒DNA是否可以得到延长,因此它在调控端粒长度平衡,维持细胞的分裂能力中起着重要作用。该研究成果在PNAS发表。
神经炎症研究的新成果

抗病毒免疫反应调控的研究获新成果
中科院动物所孙钦秒等研究人员通过酵母双杂筛选得到一个与MAVS相互作用的线粒体电子传递链组分蛋白COX5B。通过过表达和基因缺失实验表明:该蛋白在RLRs抗病毒天然免疫中起着负调控作用,缺失该蛋白可以有效控制VSV病毒的复制。过表达MAVS可引起线粒体ROS水平的升高,而COX5B不仅可抑制MAVS诱导的ROS水平升高,而且与自噬通路的重要蛋白ATG5相互作用,并共同调控MAVS聚集体的产生。此外,MAVS信号通路的激活可增强COX5B和ATG5蛋白水平的表达量,从而形成负反馈,进一步维持抗病毒天然免疫反应的平衡。该研究首次发现MAVS可以影响线粒体ROS水平的变化,而线粒体电子传递链与自噬一起通过控制ROS水平共同调控抗病毒天然免疫的过程。这为进一步探索线粒体在抗病毒通路中的作用提供了新思路。该研究成果发表在PLoS Pathogens上。
PGC-1α转录调节剂研究取得进展

麻疹病毒侵入上皮细胞机制研究获重要突破
中科院微生物所高福、张晓爱、逯光文等研究人员长期致力于囊膜病毒跨种间传播机制与免疫分子识别研究,针对新发现的病毒受体分子,迅速开展了复合物结构及相互作用的功能研究。成功制备了高纯度的MV H与nectin-4的蛋白复合物,获得了高质量的晶体,并解析了复合物的分子结构。MV H蛋白为6个类螺旋桨叶(β1-β6)组成的方形结构;nectin-4分子通过自身的第一个免疫球蛋白样结构域(immunoglobulin-like domain)结合于H蛋白的β4和β5桨叶片之间的沟槽内;两个分子间以疏水相互作用为主。在nectin-4与MV H的结合界面上,nectin-4分子通过F-G loop顶端的Phe-Pro双残基基序插入到H蛋白一个高度疏水的口袋中,在MV H与nectin-4的结合和介导病毒侵入中发挥关键作用。进一步的比较分析发现,这一疏水口袋在MV H对另外两个受体SLAM和CD46的结合中也具有非常重要的作用。该研究提示以该口袋为靶点设计小分子药物,可以有效阻断麻疹病毒对现已鉴定的所有受体分子的结合。对抗麻疹病毒的药物设计具有重要的指导意义。相关研究成果发表在Nature Structural & Molecular Biology上。
发现皮肤真菌防御素是一种新型抗感染药物
中科院动物所朱顺义研究组以皮肤真菌犬小孢子菌为对象,利用生物信息学和实验生物学方法鉴定了一个新型的真菌来源的防御素(命名为孢子霉素)。研究发现,合成的孢子霉素具有典型的半胱氨酸稳定的alpha-螺旋和beta-片层空间结构。在微摩尔浓度下能够有效抑制铜绿假单胞菌和多种耐药性金黄色葡萄球菌临床分离株的生长。杀菌动力学试验表明,孢子霉素比万古霉素具有更快的杀菌速率。细胞膜透化测定和电子显微镜观察发现孢子霉素对细菌细胞膜没有影响,但是能够导致菌体内蛋白质样颗粒的沉积。孢子霉素对哺乳动物缺乏毒性且具有极高的血清稳定性。小鼠腹膜炎模型证实该肽能够有效治愈耐甲氧西林金黄色葡萄球菌临床分离株以及铜绿假单孢菌造成的致死性腹腔感染。该研究首次表明,皮肤真菌为一种新的抗感染药物资源,为治疗耐药性细菌引起的感染带来了新的希望。相关研究成果发表在PNAS上。
单层石墨烯弯曲特性研究的新进展

聚合物太阳能电池活性层微观形貌调控方法与机理研究取得进展

新型锂-空气电池关键材料及电池组研究获进展
